7 常用外围设备接口技术

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1、概述
INTEL8255A是一种通用的可编程序并行I/O接口 芯片，又称“可编程外设接口芯片”。
• 具有多种功能的可编程并行接口电路芯片 –最基本的接口电路：三态缓冲器和锁存器 –与CPU间、与外设间的接口电路：状态寄存器和控制 寄存器 –还有端口的译码和控制电路、中断控制电路
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第七章
常用外围设备接口技术
本章学习目标
1、掌握简单的并行接口芯片的外特性与应用 2、掌握8255A的结构、工作原理和硬件连接 3、掌握8255A的初始化方法 4、掌握简单并行接口的应用
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7.1 概 述
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1、 可编程接口芯片概述
• 共24个外设引脚，分3个端口、2组控制 • 共三种输入输出工作方式
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2、 8255A的结构和功能
1. 8255A的内部结构
①数据总线
一个三态8位双向缓冲器，用作8255A同系统数据总线相 连时的缓冲部件，CPU通过执行输入/输出指令来实现对 缓冲器发送或接收数据。8255A的控制字和状态字也是 通过该缓冲器传送的。
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方式1输出联络信号
• OBF——输出缓冲器满信号，低有效
– 8255A输出给外设的一个控制信号，当其有 效时，表示CPU已把数据输出给指定的端口， 外设可以取走
• ACK——响应信号，低有效
– 外设的响应信号，指示8255A的端口数据已 由外设接受
• INTR——中断请求信号，高有效
– 当输出设备已接受数据后，8255A输出此信 号向CPU提出中断请求，要求CPU继续提供 数据
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写入方式控制字：示例
• 要求：
– A端口：方式1输入
– C端口上半部：输出，C口下半部：输入
– B端口：方式0输出
• 方式控制字：10110001B或0B1H
• 初始化的程序段：
mov dx,0fffeh ；假设控制端口为0FFFEH
mov al,0b1h ；方式控制字
out dx,al
此方式也是借用C口的5条信号线作控制和状态线，A口
的输20入20/5和/18输出均带有锁烟存台。南山学院
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方式2双向引脚
PA7~PA0
INTE1
PC6
PC7
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
INTE2 PC4 PC5
PC3
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ACKA OBFA STBA IBFA
用PC6设置INTE1（输出） 用PC4设置INTE2（输入）
输入和输出中断通过
或门输出INTRA信号
INTRA
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方式2双向时序
WR OBF INTR ACK
STB
IBF
RD
PA0～PA7
data-in data-out
D0～D7
data-out
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data-in
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2.初始化
①写入方式控制字：控制字格式
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2、 片选概念
A7~A0
译 码
CE
器
接 口 芯 片
同内存储器的读/写操作相仿，必须要有一个地址信号选中接 口芯片后，才能使该芯片进入电路工作状态，实现数据的输入/输 出。CPU的地址线通过地址译码器输出接到接口芯片的选通端CE， 又称片选端。片选端是控制接口芯片进入电路工作状态的引脚端。 只有CE被选中后，CPU才能通过该芯片与对应的I/O设备传送数据。
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A组 控制
D0～D7
数据 总线 缓冲器
内部数据线
RD
WR
A0 A1 CS
RESET
读写 控制 逻辑
B组 控制
内部控制线
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8255A的结烟台构南框山学图院
A组 端口A
A组 端口C 高4位
B组 端口B
B组 端口C 低4位
PA0～PA7 PC4～PC7 PB0～PB7 PC0～PC3
②三个8位数据端口PA、PB、PC
端口A：一个8位数据输出锁存/缓冲器；一个8位数据输 入锁存器。
端口B：一个8位数据输入/输出、锁存/缓冲器；一个8 位数据输入缓冲器。
端口C：一个8位数据输出锁存/缓冲器；一个8位数据输
入缓冲器（输入没有锁存）。
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• 端口A：PA0 端~口PA7：PA0～PA7
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2. 8255A的引脚功能
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3、8255A的工作方式与初始化
1.工作方式 ①方式0－基本输入∕输出 方式0下，每一个口都作为基本的输入输出口，C口的高4
位和低4位以及A口、B口都可以独立地设置为输入口或 输出口。 基本输入∕输出下工作时，CPU可以采用无条件读写方式 与8255A交换数据，也可采用查询方式。 基本输入∕输出下工作时，输出的数据被锁存，而输入数 据是不锁存的。 ②方式1－选通输入∕输出 方式1下将三个端口分成A、B两组，A、B两个口作为数据 口，20C20口/5/1分8 成两部分，分烟台别南作山学为院 A口和B口的联络信23 号。
• IBF——输入缓冲器满信号，高电平有效
– 8255A输出的联络信号。当其有效时，表示数据已 锁存在输入锁存器
• INTR——中断请求信号，高电平有效
– 8255A输出的信号，可用于向CPU提出中断请求， 要求CPU读取外设数据
A口所用的三个联络信号占用C口的PC3、PC4、PC5三引脚，
B口则用了PC0、PC1和PC2三个引脚。
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方式1输入时序
STB
IBF
INTR
RD
输入端口
data
D0～D7
data
STB和IBF是外设和8255A间的一对应答联络信号，
为的是可靠地输入数据
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• 8255A的中断由中断允许触发器INTE控制
– 置位允许中断，复位禁止中断
• 对INTE的操作通过写入端口C的对应位实现， INTE触发器对应端口C的位是作应答联络信号 的输入信号的哪一位，只要对那一位置位/复位 就可以控制INTE触发器
；送到控制端口
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说明：
• 初始化编程后：
– 当数据端口作为输入接口时，执行输入IN指令将从 输入设备得到外设数据
– 当数据端口作为输出接口时，执行输出OUT指令将 把CPU的数据送给输出设备
• 8255A具有锁存输出数据的能力
– 对输出方式的端口同样可以输入 – 不是读取外设数据 – 读取的是上次CPU给外设的数据
接 口
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数据线 外 设
STB
RDY
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7.2 简单的输入输出接口
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简单的I/O接口的扩展通常用74LS244(8 位三态缓冲器及总 线驱动器)扩展输入口， 用74LS273(8D锁存器)扩展输出口。
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中断请求信号 请求CPU再次输出数据
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PB7~PB0 INTEB PC2
PC1
PC0
外设响应信号 表示外设已经接收到数据
ACKB
OBFB INTRB
输出缓冲器满信号 表示CPU已经输出了数据
中断允许触发器
中断请求信号 请求CPU再次输出数据
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多功能是指一个接口芯片能实现多种接口功能，实现不同 的电路工作状态。
可编程是指通过计算机的指令来选择不同的通道和不同的 电路功能。
可编程芯片是指接口电路的组态可由计算机指令来控制的 接口芯片。
接口芯片中用来存放控制电路组态的控制字节的寄存器称 为控制寄存器。
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5、 联络的概念
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端口A的INTEA对应PC6
端烟口台南B山的学院INTEB对应PC2
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方式1输出时序
WR OBF
INTR
ACK
输出端口 D0～D7
data
data
OBF*和ACK*是外设和8255A间的一对应答联络信号，
为的是可靠地输出数据
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③方式2（双向选通输入/输出）
接口电路应具有如下电路单元：
①输入/输出数据锁存器和缓冲器
用于解决CPU与外设之间速度不匹配的矛盾，以及起隔 离和缓冲的作用。
②控制命令和状态寄存器
用来存放CPU对外设的控制命令，以及外设的状态信息。
③地址译码器
用来选择接口电路中的不同端口。
④读写控制逻辑
⑤中断控制逻辑
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• 若要求当某键按下时，相应的LED发光， 则接口程序如下： LOOP：MOV DPTR,#PORT1 MOVX A,@DPTR MOV DPTR,#PORT2 MOVX @DPTR,A JMP LOOP
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• 在扩展接口时，还应注意两点: ⑴I/O地址的安排，如果扩展的接口不多， 则可用线选寻址，在图中P2.0来选择一个 输入口和一个输出口。线选法未能使地 址空间得到充分利用，对于RAM和I/O 口容量较大的系统，可用74LS138作为 地址译码器，译码出的信号作为片选信 号。
A组控制部件用来控制PA口和C口的高4位，B组控制部 件用来控制PB口和PC口的低4位。
④读/写控制逻辑
用来管理数据信息、控制字和状态字的传送，它接收来 自CPU地址总线的A1、A0和控制总线的有关信号（RD、 WR、RESET等)，向8255A的A、B两组控制部件发送命令。
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3、 读/写概念
DB
DB
输
输
入
出
RD
口
WR
口
CE
CE
读操作时，输入接口信息由数据总线进入CPU，数据何时 读入CPU，由RD控制。
写操作时，数据何时由数据总线进入输出接口芯片由WR 控制。
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4、 可编程接口的概念
多通道是指一个接口芯片一面与CPU连接，另一面可接几 个外设。
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端口作用与特点 烟台南山学院
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③A组和B组控制电路
由A、B两组控制电路组成。
主要作用是根据CPU发出的方式选择控制字控制8255A 的工作方式，每个控制组都接收来自读/写控制逻辑 的“命令”，接收来自内部数据总线的“控制字”， 并向与其相连的端口发出适当的控制信号；也可根据 控制字的要求对C口按位进行置位或复位。
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⑵总线负载能力的扩大：
P0口作地址/数据总线时，其负载能力 为8个LSTTL电路，P2口作为地址总线 时，其负载能力为4个LS TTL电路，如
果超过必须增加总线驱动器，如： 74LS244(单向)、74LS245(双向)等。
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7.3 可编程并行接口芯片8255A
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PB7~PB0 INTEB PC2
PC1
PC0
中断允许触发器
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数据选通信号 表示外设已经准备好数据
STBB IBFB
INTRB
输入缓冲器满信号 表示A口已经接收数据
中断请求信号 请求CPU接收数据
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• STB——选通信号，低电平有效
–由外设提供的输入信号，当其有效时，将输入设备 送来的数据锁存至8255A的输入锁存器
⑴方式1的输入
PA7~PA0 INTEA PC4
PC5 PC3
中断允许触发器
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方式1需借用端口C用做联络信号 同时还具有中断请求和屏蔽功能
数据选通信号 表示外设已经准备好数据
STBA IBFA
INTRA
输入缓冲器满信号 表示A口已经接收数据
中断请求信号 请求CPU接收数据
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• 方式2将方式1的选通输入输出功能组合成一个 双向数据端口，可以发送数据和接收数据
• 只有端口A可以工作于方式2，需要利用端口C的 5个信号线，其作用与方式1相同
• 方式2的数据输入过程与方式1的输入方式一样
• 方式2的数据输出过程与方式1的输出方式有一 点不同：数据输出时8255A不是在OBF有效时 向外设输出数据，而是在外设提供响应信号ACK 时才送出数据
– A组，支持工作常方作式数0、据1端、口2，功能最强大
• 端口B：PB0端~口PB7：PB0～PB7
– B组，支持工作常方作式数0、据1端口
• 端口C：PC0端~口PC：7 PC0～PC7
– 仅支持工作方式可0作数据、状态和控制端口 – A组控制高4位 P分C两4～个P4C位7，每位可独立操作 – B组控制低4位 P控C制0～最P灵C活3 ，最难掌握
• 选通输入方式下
– 端口A的INTEA对应PC4 – 端口B的INTEB对应PC2
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⑵方式1的输出
PA7~PA0 INTEA PC6
PC7
PC3
外设响应信号 表示外设已经接收到数据
ACKA OBFA
INTRA
输出缓冲器满信号 表示CPU已经输出了数据
中断允许触发器